Kompakt Trafo Merkezi Seçiminin Elektrikli Araç Şarj İstasyonu Karlılığını Nasıl Etkilediği

TEKNİK KILAVUZ | EV ŞARJ ALTYAPISI

Pratik boyutlandırma mantığı, uygulama senaryoları ve uygulama rehberliği

HAZIRLAYAN: HENTG POWER

Güç Dönüşümü · Daha Akıllı Dağıtım

Bu kılavuz, EV şarj trafo merkezleri için temel seçim prensiplerini, kapasite hesaplamalarını, uygulama senaryolarını ve uygulama prosedürlerini açıklamaktadır. HENTG POWER olarak, kompakt trafo merkezi seçimini sadece bireysel bir ekipman alımı olarak değil, entegre bir güç dağıtım çözümünün parçası olarak ele alıyoruz.

Kentsel şarj ağları genişledikçe ve EV sahipliği artmaya devam ettikçe, özel olarak geliştirilen şarj istasyonları cazip bir yatırım fırsatı haline gelmektedir. Ancak, birçok yatırımcı başlangıçta arazi kirası, şarj cihazı tedariki ve trafik projeksiyonlarına odaklanırken, tüm operasyonun arkasındaki daha az görünür ancak temel bileşen olan kompakt trafo merkezini göz ardı etmektedir.

Sorunlar genellikle inşaat başladıktan sonra ortaya çıkar: yetersiz trafo kapasitesi, sahaya uymayan muhafaza boyutları veya şebeke onay gecikmeleri. Sonuçta ortaya çıkan yeniden tasarım, ekipman değişimi ve program aksaklıkları, orijinal finansal modeli hızla baltalayabilir.

Sıradan bina dağıtım ekipmanlarının aksine, bir EV şarj trafo merkezi üç kritik sistemi birbirine bağlar:

• Elektrik şebekesi
• Transformatör ve YG/AG dağıtım sistemi
• EV şarj ekipmanları

Bu nedenle, seçim sadece şarj cihazlarının toplam nominal gücüne dayanmamalıdır. Şebeke bağlantı limitleri, şarj desenleri, saha koşulları, mevcut alan, işletme maliyetleri, gelecekteki genişleme ve yerel standartlar dikkate alınmalıdır.

1. Transformatör Seçiminin Temeli Gerçek Yük

Yaygın bir hata, bir şarj noktasının nominal gücünü şarj cihazlarının toplam sayısıyla çarpmak ve doğrudan sonuca göre bir transformatör seçmektir. Bu yöntem, gerçek şarj istasyonu operasyonunu nadiren yansıtır.

Hususi araçlar, otobüsler, teslimat filoları ve ağır hizmet kamyonları farklı şarj desenlerine sahiptir. Bir istasyon normalde her şarj cihazının sürekli olarak tam nominal güçte çalıştığı bir durumda olmaz. Bu nedenle, gerçek tepe talebini tahmin ederken bir eşzamanlılık veya çeşitlilik faktörü uygulanmalıdır.

Örnek Olay: Topluluk Şarj İstasyonu

On iki adet 120 kW DC hızlı şarj cihazı ile donatılmış bir topluluk şarj istasyonunu ele alalım:

Tüm araçların akşam tepe noktasında aynı anda tam çıkışta şarj edilmesi olası olmadığından, istasyon otomatik olarak 1.600 kVA'lık bir transformatör gerektirmez.

Nihai transformatör derecesi ayrıca güç faktörünü, yardımcı yükleri, şarj cihazı verimliliğini, harmonik özelliklerini, ortam sıcaklığını, beklenen yük büyümesini ve şebeke tarafından onaylanan bağlantı kapasitesini de dikkate almalıdır.

Binek Araç İstasyonları ve Ağır Hizmet Şarj Merkezleri Farklıdır

Filo ve ağır kamyon şarj istasyonları genellikle topluluk binek araç istasyonlarından çok daha yüksek eşzamanlılık faktörlerine sahiptir.

Lojistik araçlar genellikle akşam veya sabah erken saatlerde gruplar halinde gelir ve uzun süreler boyunca yüksek güçlü şarj cihazlarına bağlı kalabilir. Bu uygulamalarda, eşzamanlılık faktörü %0,80-0,90'a ulaşabilir. Bu nedenle, aynı sayıda şarj cihazına sahip iki istasyon, araç tipine ve işletme programına bağlı olarak çok farklı transformatör kapasiteleri gerektirebilir.

Şebeke Bağlantı Limiti Önce Gelir

Dağıtım şebekesi operatörü normalde maksimum bir bağlantı kapasitesi onaylar. Sahada yeterli alan olsa bile, geliştirici şebeke onayı olmadan sınırsız transformatör kapasitesi kuramaz. Bu nedenle, resmi bağlantı kapasitesi onayının alınması ve gelen voltaj seviyesinin doğrulanması, kompakt trafo merkezini sonlandırmadan önce tamamlanmalıdır.

Aşırı Boyutlandırma ve Az Boyutlandırmadan Kaçının

Transformatör kapasitesi kVA cinsinden ifade edilirken, şarj cihazı çıkışı normalde kW cinsinden ifade edilir. Dönüşüm, güç faktörünü ve genel sistem tasarım marjlarını hesaba katmalıdır.

Aşırı derecede büyük bir transformatör şunları artırır:

• İlk ekipman maliyeti
• Sivil temel gereksinimleri
• Anahtarlama ve kablo maliyetleri
• Boşta çalışma kayıpları
• Rutin bakım giderleri

Az boyutlu bir transformatör, şarj cihazlarını tepe dönemlerinde çıkışı azaltmaya zorlayabilir. Daha uzun şarj süreleri istasyon devrini azaltabilir ve müşteri kaybına yol açabilir. Amaç, mümkün olan en büyük transformatörü seçmek değil, gerçek işletme profilini güvenli bir şekilde destekleyebilecek en ekonomik derecelendirmeyi belirlemektir.

2. İki Ana Kompakt Trafo Merkezi Yapılandırması

EV şarj projelerinde yaygın olarak ya IEC tarzı prefabrik kompakt trafo merkezi - genellikle Avrupa tarzı kompakt trafo merkezi olarak adlandırılır - ya da IEEE/ANSI tarzı ped-montajlı bir çözüm kullanılır.

En uygun yapılandırma, yerel şebeke standardına, şebeke gereksinimlerine, saha düzenine, bakım stratejisine ve bütçeye bağlıdır. HENTG POWER, koordine edilmiş YG anahtarlama, transformatör, koruma ve AG dağıtım düzenlemeleri ile projeye özel IEC kompakt trafo merkezleri ve IEEE/ANSI ped-montajlı transformatör çözümleri sağlayabilir.

Avrupa Tarzı Kompakt Trafo Merkezi

Avrupa tarzı kompakt trafo merkezi normalde üç net olarak ayrılmış bölüm içerir:

• Orta gerilim anahtarlama bölümü
• Transformatör bölümü
• Düşük gerilim dağıtım bölümü

Bölümlenmiş tasarım, net işletme ve bakım alanları sağlar ve YG, transformatör ve AG ekipmanlarının ayrı ayrı incelenmesine olanak tanır.

Avantajları şunlardır:

• Net fonksiyonel ayrım
• Uygun bakım erişimi
• Esnek YG ve AG yapılandırmaları
• Standartlaştırılmış bileşenlerin daha kolay değiştirilmesi
• Karmaşık koruma ve ölçüm gereksinimleri için daha yüksek uyum

Ana dezavantajları, daha büyük bir ayak izi, daha kapsamlı sivil işler ve benzer derecelendirmeye sahip kompakt bir ped-montajlı düzeneğe göre genellikle daha yüksek bir ilk maliyettir.

Bu yapılandırma genellikle şunlar için uygundur:

• Kentsel yol kenarı şarj istasyonları
• Ticari kompleksler
• Yeraltı otoparkları
• Halka açık şarj merkezleri
• Birden fazla AG besleyici devresi gerektiren projeler
• Katı bakım erişim gereksinimleri olan sahalar

Yeraltı kurulumları için, yerel yangın yönetmelikleri kuru tip transformatör, özel havalandırma, yangın dayanımlı yapı veya ek koruma önlemleri gerektirebilir.

Amerikan Tarzı Ped-Montajlı Çözüm

Amerikan tarzı ped-montajlı transformatör, transformatörü ve birincil anahtarlama veya koruma bileşenlerini kompakt, kurcalamaya dayanıklı bir muhafazaya entegre eder. Proje yapılandırmasına bağlı olarak, ayak izi geleneksel bir Avrupa tarzı kompakt trafo merkezinden önemli ölçüde daha küçük olabilir. Ayrıca temel gereksinimleri azaltabilir ve saha kurulumunu basitleştirebilir.

Avantajları şunlardır:

• Kompakt ayak izi
• Daha düşük sivil inşaat gereksinimleri
• Daha kısa kurulum süresi
• Uygun dış mekan yapılandırması
• Maliyet etkin standartlaştırılmış tasarım
• Döngü beslemeli veya radyal beslemeli sistemlerle uyumluluk

Yaygın olarak şunlarda uygulanır:

• Lojistik parkları
• Otoyol servis alanları
• Açık hava filo şarj merkezleri
• Endüstriyel tesisler
• Kuzey ve Orta Amerika dağıtım ağları

Bakım alanı genellikle daha sınırlıdır, bu nedenle arıza incelemesi ve bileşen değişimi daha dikkatli planlama gerektirebilir. Yoğun halka açık erişimi olan yerler için uygun güvenlik mesafeleri, bariyerler, ölü ön yüzey arayüzleri ve kurcalamaya dayanıklı yapı entegre edilmelidir.

Muhafaza Koruma Seviyesi

Gerekli muhafaza derecesi yerel standartlara, şebeke özelliklerine, kurulum koşullarına ve dahili ekipmana bağlıdır. Dış mekan uygulamaları için IP33 genellikle temel bir referans seviyesi olarak kabul edilirken, yoğun yağış, yüksek nem, toz, tuz spreyi veya kıyı maruziyeti olan alanlarda IP44 veya daha yüksek projeye özel bir derecelendirme tercih edilebilir.

HENTG POWER, her siteye tek bir standart muhafaza uygulamak yerine, projeye özel muhafaza koruması, havalandırma, korozyon önleyici işlem ve çevresel tasarımı yapılandırabilir.

3. Tipik Şarj Senaryoları İçin Kapasite Hesaplamaları

Durum 1: Topluluk Binek Araç Şarj İstasyonu

Saha, sekiz adet 120 kW DC şarj cihazı için planlanmıştır ve şebeke maksimum 1.000 kVA bağlantı kapasitesi onaylamıştır.

657 kVA yaygın bir standart derecelendirme olmadığından, 800 kVA'lık bir Avrupa tarzı kompakt trafo merkezi seçilebilir.

Bu yapılandırma makul bir işletme marjı sağlar. Yeterli AG besleyici devresi ve akıllı bir yük yönetim sistemi dahil edilirse, gerçek işletme verilerine ve şebeke onayına tabi olarak, tüm trafo merkezini değiştirmeden sınırlı gelecekteki şarj cihazı genişlemesi mümkün olabilir.

Durum 2: Banliyö Lojistik ve Ağır Kamyon Şarj Merkezi

Proje, on adet 250 kW yüksek güçlü DC şarj cihazı içermektedir. Kamyonların gece yoğun bir şekilde şarj edilmesi beklenmektedir, bu nedenle %0,85 eşzamanlılık faktörü uygulanır.

Olası bir yapılandırma, iki adet 1.250 kVA ped-montajlı transformatör veya kompakt trafo merkezidir.

Tek bir büyük transformatöre kıyasla, çift transformatör düzenlemesi şunları sunabilir:

• Daha kolay nakliye ve kaldırma
• Daha esnek bakım
• Daha iyi aşamalı yük yönetimi
• Bir ünite bakımdayken kısmi istasyon çalışması
• Tam gelir kesintisi riskinin azaltılması

Transformatörler ortak bir bara üzerinde paralel çalışıyorsa, voltaj oranları, vektör grubu, empedans, kademe konumu, koruma ve yük paylaşım özellikleri düzgün bir şekilde koordine edilmelidir. Operasyonel sürekliliğin tam paralel çalışmadan daha önemli olduğu durumlarda kesitli bir AG bara da düşünülebilir.

Durum 3: Ticari Bir Kompleks İçinde Yeraltı Şarj İstasyonu

Yeraltı otoparkı, altı adet 75 kW DC şarj cihazı için planlanmıştır. Araç gelişleri nispeten dağınıktır ve %0,50 eşzamanlılık faktörü uygulanır.

Yerel yönetmeliklere ve gerekli transformatör tipine bağlı olarak 315 kVA'lık bir kompakt trafo merkezi uygun olabilir. Özelleştirilmiş alçak profilli bir muhafaza, sınırlı tavan yüksekliğine uyum sağlayabilirken, ayrılmış bölmeler ve koordine edilmiş havalandırma, kapalı alanlardaki termal riskleri azaltabilir.

Transformatör derecesi belirlendikten sonra, AG giden devrelerin sayısı ve kapasitesi de kontrol edilmelidir. Yeterli yedek besleyiciler, gelecekteki şarj cihazı eklemelerini önemli ölçüde kolaylaştırabilir ve tüm AG panosunun değiştirilmesi ihtiyacını azaltabilir.

4. Uzun Vadeli Operasyonu Etkileyen Detaylar

Termal Yönetim

Transformatör ömrü ve şarj istasyonu kullanılabilirliği doğrudan termal performansla ilişkilidir. Tam yüke yakın sürekli çalışan bir transformatör ısı üretir. Havalandırma yetersizse, yüksek sıcaklık koruması devreye girebilir ve aralıklı şarj cihazı kapanmalarına neden olabilir.

Dış mekan trafo merkezleri doğal havalandırma panjurları kullanabilirken, sıcak iklim projeleri için cebri hava havalandırması eklenebilir. Yeraltı veya kapalı kurulumlar için, trafo merkezi havalandırma tasarımı bina veya otopark havalandırma sistemi ile koordine edilmelidir.

HENTG POWER, projeye özel bir termal tasarım geliştirirken ortam sıcaklığını, güneş radyasyonunu, rakımı, muhafaza boyutlarını, transformatör kayıplarını ve havalandırma gereksinimlerini değerlendirir.

Kablolar, Bara ve Anahtarlama Cihazları

Kablo boyutları, baralar, devre kesiciler ve koruma cihazları, gerçek transformatör ve şarj cihazı yüküne göre seçilmelidir.

Düşük boyutlu AG kesiciler veya baralar kullanarak maliyetleri düşürmek, uzun vadeli aşırı ısınma ve yalıtım yaşlanması sorunlarına yol açabilir. Bu sorunlar ilk devreye alma sırasında ortaya çıkmayabilir, ancak birkaç yıllık operasyondan sonra sık sık açmaya ve artan bakım maliyetlerine neden olabilir.

Bu nedenle proje spesifikasyonları şunları gerektirmelidir:

• Saygın, proje onaylı üreticilerden bileşenler
• Geçerli IEC, IEEE, ANSI, UL, CSA veya yerel standartlara uyum
• Doğrulanmış kısa devre dayanım kapasitesi
• Uygun kesici seçiciliği ve koruma koordinasyonu
• Yeterli bara akım kapasitesi
• Sıcaklık artışı doğrulaması
• Yeterli kablo sonlandırma alanı

Gelecekteki Genişleme

Birçok şarj istasyonu üç ila beş yıl sonra daha fazla şarj cihazı ekler. Şebeke kapasitesi izin veriyorsa, yaklaşık %15-20 kapasite ve yeterli AG giden devre ayırmak, istasyonun hizmet ömrünü uzatabilir.

Ek başlangıç maliyeti genellikle şunların birleşik maliyetinden çok daha düşüktür:

• Tüm transformatörün veya trafo merkezinin değiştirilmesi
• Sivil temelinin yeniden inşası
• YG ve AG kablolarının değiştirilmesi
• Anahtarlama ekipmanlarının modifikasyonu
• Şebeke onay prosedürlerinin tekrarlanması
• Yeniden yapılanma sırasında istasyon operasyonunun askıya alınması

Şebeke Bağlantı Noktasından Uzaklık

Kompakt trafo merkezi ile şebeke bağlantı noktası arasındaki mesafe de proje maliyetini ve verimliliğini etkiler. Aşırı kablo uzunluğu, kablo tedarik maliyetlerini, kurulum ve kazı maliyetlerini, voltaj düşümünü, güç kayıplarını ve koruma koordinasyon karmaşıklığını artırır.

Pratik olduğunda, kompakt trafo merkezi, güvenli erişim, araç boşlukları, drenaj, havalandırma ve bakım alanını korurken, onaylanmış YG bağlantı noktasına yakın konumlandırılmalıdır.

5. Uygulama Süreci: Şebeke Başvurusundan Enerji Verilmesine Kadar

1. Şebeke bağlantı koşullarını onaylayın — Ön şarj istasyonu yerleşimini ve tahmini talebi yerel şebekeye veya dağıtım şebekesi operatörüne sunun. Onaylanan bağlantı kapasitesini, gelen voltajı, bağlantı yöntemini, ölçüm gereksinimlerini, koruma gereksinimlerini ve şebeke arayüz noktasını onaylayın. Geçerli voltaj 10 kV, 11 kV, 13,8 kV, 22 kV, 33 kV veya başka bir yerel dağıtım voltajı olabilir.
2. Saha araştırması yapın — Mevcut kurulum alanını, erişim ve kaldırma koşullarını, tavan yüksekliğini, drenajı, sel riskini, havalandırmayı, kablo yönlendirme mesafesini, bakım boşluklarını ve çevresel koşulları doğrulayın. Araştırma, bir IEC kompakt trafo merkezinin, ped-montajlı çözümün, kuru tip düzenlemenin veya özelleştirilmiş muhafazanın en uygun olup olmadığını belirler.
3. Gerçek şarj yükünü hesaplayın — Şarj cihazı yerleşimini, nominal gücü, araç tipini, şarj programını, eşzamanlılık faktörünü, yardımcı yükleri, güç faktörünü, harmonikleri ve beklenen gelecekteki genişlemeyi gözden geçirin. Transformatör derecesini, transformatör sayısını, YG anahtarlama ekipmanını, AG devrelerini, muhafaza derecesini, havalandırma yöntemini, korumayı ve ölçüm düzenlemesini belirlemek için bu faktörleri kullanın.
4. Teknik çizimleri hazırlayın ve sunun — Üretici, genel yerleşim çizimini, tek hat şemasını, temel çizimini, kablo giriş planını, ekipman veri sayfalarını ve koruma yapılandırmasını hazırlamalıdır. Üretim başlamadan önce bu belgeleri şebekeye ve proje danışmanına sunun. HENTG POWER, teknik veri onayı, SLD ve GA geliştirme, bileşen seçimi, belge incelemesi ve özelleştirilmiş trafo merkezi mühendisliği ile proje ekiplerini destekler.
5. Kurun, test edin ve enerji verin — Teslimattan sonra, ekipmanı yerine yerleştirin, kablo bağlantılarını tamamlayın ve test ve devreye alma işlemlerini gerçekleştirin.

Tipik devreye alma faaliyetleri şunları içerir:

• Mekanik inceleme
• Kablo sonlandırma
• Yalıtım testi
• Koruma ayarı doğrulama
• Transformatör testi
• Fonksiyonel kontroller
• İletişim sistemi testi
• Şebeke denetimi
• Nihai şebeke enerji verme

Tüm proje aşamaları arasında, şebeke bağlantı onayı ve teknik çizim onayı en önemli iki kilometre taşıdır. Önerilen transformatör ve trafo merkezi parametrelerini erken bir aşamada şebeke ile paylaşmak, onay döngüsünü önemli ölçüde kısaltabilir ve zamanında devreye almayı destekleyebilir.

Sonuç

Bir EV şarj istasyonunun uzun vadeli karlılığı birçok mühendislik detayı ile desteklenir. Temel güç kaynağı varlığı olarak, bir kompakt trafo merkezi, yalnızca tek bir transformatör derecesini toplam şarj cihazı kapasitesiyle eşleştirerek seçilemez.

Doğru çözüm şunlar arasında bir denge gerektirir:

• Şebeke bağlantı koşulları
• Gerçek tepe talebi
• Araç ve şarj desenleri
• Saha kısıtlamaları
• Çevresel koşullar
• Bakım stratejisi
• Gelecekteki genişleme gereksinimleri
• Geçerli teknik standartlar

Önerilen yaklaşım, önce gerçekçi tepe talebini belirlemek, saha için uygun trafo merkezi yapılandırmasını seçmek ve makul bir genişleme marjı ayırmaktır. Bu, başlangıç yatırımını kontrol etmeye yardımcı olurken, gizli güç kayıplarını, şarj cihazı düşürmeyi, plansız kapanmaları ve pahalı gelecekteki yeniden yapılanmaları azaltır.

HENTG POWER, IEC kompakt trafo merkezleri, IEEE/ANSI ped-montajlı transformatörler, YG anahtarlama ekipmanı entegrasyonu, AG dağıtım sistemleri, koruma koordinasyonu ve projeye özel mühendislik desteği dahil olmak üzere EV şarj altyapısı için entegre transformatör ve güç dağıtım çözümleri sunmaktadır.